Czy felgi aerodynamiczne są warte dodatkowej wagi?

Miałem wrażenie, że ważne jest zmniejszenie masy kół. Zauważam jednak, że wiele ekstremalnie wysokich felg aerodynamicznych jest w rzeczywistości cięższych niż tańsze felgi tego samego producenta.

Na przykład:

• Względnie podstawowe modele EA90 SLX Eastona osiągają 1398 gramów i około 1000 USD za parę, podczas gdy ich super wysokiej klasy EC90 TKO to 1545 gramów za dwukrotność ceny.

• Koła Mavic Kysrium Elite S mają 1520 gi mniej niż jedną trzecią ceny ich wysokiej klasy kół Cosmic Carbone 80 przy 1640 g.

• Zipp's 30 Clincher kosztuje tylko 850 USD za parę przy 1655 g, podczas gdy ich 808 Firecrest® Carbon Clinchers kosztuje 3000 USD i waży 1730 g.

Oczywiście ceny wydają się potwierdzać pogląd, że aerodynamika ma znaczenie ponad kilkaset gramów wagi, ale w którym momencie dodatkowa waga kompensuje wzrost? A może znaczenie przeceniania wagi obrotowej jest zawyżone ?

Oczywiście ceny wydają się potwierdzać pogląd, że aerodynamika ma znaczenie ponad kilkaset gramów wagi, ale w którym momencie dodatkowa waga kompensuje wzrost?

Dokładne obliczenie będzie zależeć od całkowitej masy Ciebie i Twojego roweru, Twojej prędkości, wiatru, jego kąta, niezależnie od tego, czy wspinasz się, na płaskim terenie, czy schodzisz, oraz prędkości, którą jedziesz (lub mocy, którą pokonujesz) ponownie gasić). Możemy jednak dokonać oszacowań wielu takich zmiennych, aby uzyskać przybliżoną odpowiedź.

Powiedzmy, że koła aerodynamiczne dodają 100 gramów masy całkowitej w porównaniu do kół „podstawowych”, aw zamian zmniejszają obszar oporu, CdA, o 0,005 m ^ 2. Jest to ulepszenie typu ballpark dla rozsądnego koła aerodynamicznego w porównaniu ze standardową obręczą koła, chociaż w przypadku wyjątkowo dobrze zaprojektowanych kół można zauważyć dwukrotność tej różnicy (~ 0,01 m ^ 2) lub więcej, szczególnie przy wysokich kątach odchylenia.

Równanie mocy dla roweru jest dobrze zrozumiałe i zostało podane w odpowiedzi Bicycles Stackexchange . Tak więc, aby określić punkt, w którym lepiej jest wymienić mniejszą masę na opór aerodynamiczny, możemy zastąpić odpowiednie wartości masą, prędkością, nachyleniem itd. I wykreślić oszczędności energii, jak to tutaj zrobiono.

Poniższy rysunek porównuje 80 kg rowerzystę z rowerem ze standardowymi obręczami skrzyń w porównaniu z 80,1 kg rowerzystą plus rowerem z obręczami aerodynamicznymi. Zakładamy, że felgi aerodynamiczne oszczędzają 0,005 m ^ 2 w obszarze oporu w porównaniu do standardowych felg. Trzy kropkowane linie pokazują oszczędność energii dla wznoszenia 5%, płaskiej drogi i 5% zjazdu. Oś x pokazuje prędkość jeźdźca w km / h, podczas gdy oś y pokazuje oszczędności dla lżejszych kół - gdy linia przerywana znajduje się powyżej stałej poziomej linii zerowej, lepiej jest mieć lżejsze koła; kiedy linia kropkowana spada poniżej stałej poziomej linii zerowej, lepiej jest mieć bardziej aerodynamiczne koła.

Jak widać, tylko przy stromych podjazdach przy niskiej prędkości lepiej jest mieć lżejsze koła; jednak w przypadku tego konkretnego porównania oszczędności masy i oszczędności wynikających z aerodynamiki korzyść jest niewielka, mniejsza niż wat. Wraz ze wzrostem prędkości linia kropkowana ostatecznie spada poniżej zera i lepiej jest wybrać oszczędności aerodynamiczne.

To było na strome wzgórze. Na płaskiej nawierzchni i na zjazdach prawie zawsze lepiej będzie z bardziej aerodynamicznymi kołami.

Zwróć uwagę, że oszczędności energii są wciąż stosunkowo niewielkie. Podczas wyścigów mogą być naliczane nawet niewielkie korzyści, które decydują o zwycięstwie lub przegranej, ale w przypadku normalnej jazdy rekreacyjnej możesz chcieć mieć na uwadze wielkość lżejszych kół w porównaniu do większej liczby kół aerodynamicznych, zwłaszcza jeśli masz ograniczony budżet. Tylko Ty możesz zdecydować, czy względna korzyść jest opłacalna.

Pomyślałem, że mogę dodać dodatkowe komentarze do tych bardzo dobrych i wyczerpujących przykładów scenariuszy wagi aerodynamicznej, które Robert przedstawił w zeszłym roku.

W szczególności scenariusz dynamiczny przyspieszeń na płaskim terenie, który jest nieco bardziej złożony niż jazda na rowerze w stanie ustalonym.

Niektórzy mogą myśleć, że lekkie koła przyspieszyłyby lepiej niż cięższe koła aerodynamiczne, ale niekoniecznie tak jest. Rzeczywiście bardziej prawdopodobne jest, że jest odwrotnie, ponieważ kiedy podróżujesz z dużą prędkością, zapotrzebowanie na energię jest zdominowane przez dwa czynniki; zmiany energii kinetycznej (w tym obrotowej) i pokonywanie znacznego i ciągle rosnącego oporu powietrza.

Jeśli zmniejszysz zapotrzebowanie na energię do przezwyciężenia oporu powietrza, wówczas potrzebna do tego energia może zostać wykorzystana do zwiększenia energii kinetycznej.

Niezależnie od tego, czy skutkuje to wzrostem wydajności, zależy od prędkości początkowej, jak długo trwa przyspieszenie, a także od wielkości różnic aerodynamicznych i masowych.

Szczegółowo omawiam ten problem w tym wpisie na blogu, który napisałem w zeszłym roku:

http://alex-cycle.blogspot.com.au/2013/02/the-sum-of-parts.html

W tym elemencie porównuję 10-sekundowe przyspieszenia od prędkości zerowej i od prędkości początkowej 30 km / h. W przykładach zastosowałem typową różnicę aerodynamiczną, którą zmierzyłem między takimi kołami, i przesadną różnicę masy koła wynoszącą 0,5 kg.

Wyniki są wykreślane na wykresach.

Okazuje się, że jeśli zaczynasz sprint toczący się od prędkości (w tym przypadku 30 km / h), cięższy jeździec koła aerodynamicznego natychmiast się wyprzedza, a jego przewaga nadal rośnie. Cięższe koło aerodynamiczne jest zawsze lepszym wyborem w tym scenariuszu (pomimo niezliczonych innych czynników wyboru koła - które zarysowuję w powiązanym poście):

Jednak nieco różni się od martwego przystanku, w którym lżejszy kierowca ma początkową przewagę, jednak cięższy jeździec powietrzny zaczyna nadrabiać zaległości i przejmuje lżejszego kierowcę po około 7 sekundach, a następnie odjeżdża od lżejszego kierowcy .

Tak więc krytyk hot dogów z zakrętami zbliżającymi się do martwego punktu stanowi ciekawy dylemat i być może mógłby skorzystać z bardziej zindywidualizowanej oceny. W przeciwnym razie, jeśli wyścigi nigdy tak naprawdę nie spowalniają pokonywania zakrętów, zestaw aerodynamiczny prawie zawsze będzie szybszy i / lub będzie wymagał mniej energii i przyspieszy.

Oczywiście dokładny scenariusz dla każdej osoby zależy od kształtu ich mocy sprintu w zależności od czasu, ponieważ niektórzy zawodnicy mają większą moc szczytową, niektórzy zawodnicy doświadczają szybszego zaniku mocy i tak dalej.

Zasady jednak się nie zmieniają, ponieważ charakter i ogólny kształt działek będą podobne, ponieważ podaż energii jest stała i ma na celu przezwyciężenie sumy każdego czynnika zapotrzebowania na energię, tj. Zmiany energii kinetycznej, przezwyciężenie oporu powietrza, opór toczenia , potencjalne zmiany energii (grawitacja), tarcie układu napędowego. Wymagaj mniej energii dla jednego, a więcej jest dostępne dla innych.

W tej pozycji omawiam także wpływ różnic w masie obrotowej koła / momencie bezwładności, który okazuje się być tak małym czynnikiem, że jest prawie nieistotny.

Myślę, że to zależy od kursu, na którym jedziesz. Specjaliści będą mieli wiele zestawów kołowych i będą używać różnych kół, w zależności od kursu, na którym jeżdżą danego dnia. Waga naprawdę robi dużą różnicę tylko podczas wspinaczki lub przyspieszania. Dlatego na polu o dużej wspinaczce, gdzie opór aerodynamiczny jest minimalny, często wybierają bardzo lekki zestaw kół bez aerodynamicznych felg. Podczas gdy na płaskich trasach i próbach czasowych, gdzie aerodynamika daje większą przewagę, pójdą z nieco cięższymi aerodynamicznymi kołami.

Niedawno przeprowadziłem dodatkową analizę modelowania, o której mowa w mojej poprzedniej odpowiedzi, tym razem wykorzystując realistyczną krzywą mocy wyjściowej dla przyspieszeń od startu stałego i dwóch scenariuszy rozruchu ciągłego, zamiast założonego płaskiego 1000 W zastosowanego we wcześniejszym modelu.

Pełny link znajduje się tutaj: http://alex-cycle.blogspot.com.au/2014/12/the-sum-of-parts-ii.html

Ale w skrócie, wnioski są takie same, tylko niewielkie różnice w dokładnym czasie, w którym aero staje się bardziej korzystne na początku startu. Jeśli już toczę się na płaskim terenie, zawsze jest to lepszy wybór, a ja dodałem trzeci scenariusz, przyspieszenie pod górę od niskiej prędkości początkowej (pomyśl o kryterium zawracania U na dole wzgórza). W takim przypadku koło aerodynamiczne nadal wygrywa, chyba że meta jest blisko zakrętu.

Zwróć uwagę, że oszczędności energii są wciąż stosunkowo niewielkie. Podczas wyścigów mogą być naliczane nawet niewielkie korzyści, które decydują o zwycięstwie lub przegranej, ale w przypadku normalnej jazdy rekreacyjnej możesz chcieć mieć na uwadze wielkość lżejszych kół w porównaniu do większej liczby kół aerodynamicznych, zwłaszcza jeśli masz ograniczony budżet. Tylko Ty możesz zdecydować, czy względna korzyść jest opłacalna.